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과학은 빛의 학문

과학은 빛에 대한 학문이라고 해도 과장된 얘기가 아닐 정도로, 과학 서적들은 오랫동안 빛의 이야기들로 가득했다. 그리고 위대한 과학자들은 한결같이 빛과 친했다. 20세기 이후 현재까지 과학사는 ‘광자들의 역사’라고 할 정도로 그들 얘기로 분분하다. 수많은 과학자들이 그들의 열렬한 팬이었다. 그들을 가까이에서 관찰하고 호흡하면서 많은 경험을 했고, 업적도 남겼다. 아인슈타인조차도 ‘일평생 노력했지만 광자에 대해서 여전히 모른다’고 고백했듯이, 그들은 아직까지 수수께끼 같은 존재들이다.

쉽고 재미있는 광자 이야기
이 책은 과학에 대한 사전 지식이 없는 사람들도 이해할 수 있도록, 쉽고 재미있게 엮었다. 또한 광자와 함께 여행하는 동안 곳곳에서 만나게 될 과학을 좀 더 깊게 이해하기를 원하는 독자들을 위한 주석도 마련되어 있다.

시(詩)를 타고 떠나는 과학 여행
자! 지금부터 최소한의 과학적인 상식과 상상력을 데리고, 광자들이 일하는 일터로 직접 여행을 떠나 보자. 우리는 그곳에서 광자들을 만나고, 그들이 어떻게 일하는지를 알게 될 것이다. 심심치 않게 발정 난 전자들인 ‘작은 공룡’들도 ‘나노 평원’에서 만나게 될 것이다. 또한 우주가 얼마나 팽창하는지 그리고 중력파의 크기가 얼마나 되는지를 직접 측정하기 위해서 우주 공간 속에서 동분서주하는 광자들의 모습도 보게 될 것이다.

과학자가 시를 쓴다고?
우리는 과학보다 시(詩)를 쓰는 것이 더 어려운 시대에 살고 있다. 현대사회를 ‘과학기술시대’라고들 한다. 기술 진보의 방향과 성장 속도가 엄청나게 빠르게 진행되고 있다. 이런 시대를 살아가는 인간의 모습은 어떠한가? 자연의 이치를 생각하며 일상의 삶에서 오는 소중함을 누릴 수 있는 여유를 잃어가고 있다.
저자인 이시경 시인은 오랜 기간 과학자로 살아왔다. 수많은 연구 논문과 특허가 그의 경력을 말해주고 있다. 하지만 시를 쓰면서 전문가 집단이 아닌 일반인들에게도 과학을 알려야겠다는 결심을 하게 되었다고 한다. 이 책은 저자의 이러한 신념과 노력으로 만들어졌다. 빛의 알갱이라 일컬어지는 ‘광자’를 어린 천사로 표현하며 그 원리를 사람의 개념으로 은유적으로 설명하고 있다.

광자가 우리 일상에 영향을 끼치는 부분은 ‘반도체’로 대표할 수 있다. 현대 사회에서 반도체가 없는 전자기기가 있을까? 스마트폰, 컴퓨터, 온갖 가정용 전자기기를 비롯하여 산업 전선에서 쓰이고 있는 수많은 기계들 안에는 반도체가 들어 있다. 이 어린 천사(광자)가 하는 역할이 레이저, 광통신, 상대성이론, 홀로그램, 양자 얽힘, 중력파 측정까지 우리 삶은 물론 우주의 역사까지 알 수 있는 길을 열어 주고 있다.

어려운 과학이라고 포기하지 말자! 당신도 시를 음미하듯 양자 과학을 이해할 수 있다.

홍승우(성균관대학교 물리학과 교수)
“우리가 과연 과학기술시대에 살고 있는가?”라는 질문에 “그렇다”고 대답하려면 이런 책이 세상에 있어야 합니다. 진정한 과학기술시대란, 단지 과학기술이 발전한 시대가 아니고, 과학기술을 노래하고 시를 쓰는 시대일 것입니다. 사랑을 노래하고 시를 쓰듯이 말입니다. 이시경 시인의 『과학을 시로 말하다』는, 인류의 시대가 진정 과학기술시대로 접어들고 있음을 알려주는 신호탄입니다. 이시경 시인이 전자와 정공을 ‘작은 공룡’으로, 광자를 ‘어린 천사’로 부를 때, 우리는 새로운 나니아의 세계로 들어갑니다. 이경식 전자공학 교수가 이시경 시인으로 변신하는 것이지요. 시집 『쥐라기 평원으로 날아가기』에서 5,300년 전에 죽은 아이스맨의 억울한 죽음에 대한 연민을 읊었던 시인은 이제 빅뱅과 우주팽창을 노래하다가, 반도체와 LED를 만지작거립니다. 그에게는 아이스맨, 빅뱅, 광자, 반도체가 모두 사랑과 노래의 대상입니다.

이병호(한국광학회 회장)
유네스코UNESCO는 2018년부터 매년 5월 16일을 ‘세계 빛의 날’로 정하여 세계 만민에게 광학과 광기술의 중요성을 홍보하기로 하였다. 그러나 빛의 물리와 응용원리를 일반인들에게 설명하는 것이 쉽지 않아 학자들의 고민이 많았는데, 이 책이 그 해답을 제시하고 있다. 저자는 광학의 최고 전문가이지만 시인의 언어로 풀기 때문에 일반 광학 전문가들이 착상하지 못하는 쉬운 설명법을 책의 곳곳에서 선보이고 있다. 이 책과 함께 레이저, LED, 광통신의 원리부터, 상대성이론, 홀로그램, 양자 얽힘, 중력파 측정까지 재미있는 빛의 원리와 응용의 세계로 여행하시기를 권한다.
[서울대학교 교수]

여는 글

01 반도체 시대
1.1 두 계층으로 나누어진 시대
1.2 반도체에도 금지대역이 있다
1.3 금지대역 안에 중간층이 있다
1.4 불순물은 슈퍼스타
1.5 도약하려면 연료가 필요하다

02 광자들의 탄생
2.1 전자와 정공의 사랑이야기
2.2 드디어 광자들이 깨어나다
2.3 새로운 광자시대가 열리다

03 이상한 아이들의 정체
3.1 유령 닮은 마술을 부리는 아이들
3.2 4퍼센트의 아이들
3.3 달리기 선수들에게도 규칙은 있다
3.4 페르마 나라의 비밀
3.5 가면을 쓴 춤꾼들

04 진화하는 우편배달부
4.1 전자라는 우편배달부
4.2 전자들의 고속도로
4.3 우편배달부 광자와 빛의 고속도로
4.4 차세대 우편배달부는 누구인가
4.5 떼로 움직이는 정보 전달자들

05 어둠을 밝히는 아이들
5.1 사랑의 불빛을 밝히는 요정들
5.2 청색 요정들의 출현
5.3 백색 LED 시대를 열다
5.4 거리의 가로등과 신호등
5.5 지구 점령 시나리오의 끝은 어디인가?

06 광자의 몸에서 공룡들이 나오다
6.1 전력을 생산하는 아이들
6.2 눈사태처럼 쏟아져 나오는 공룡들

07 측정의 만능 재주꾼들
7.1 에테르는 없다
7.2 중력파를 측정하다
7.3 별의 성분을 분석하다
7.4 우주는 팽창한다

08 광자의 이상한 부활
8.1 흑체복사를 통해서 부활하다
8.2 인광과 형광 ? 생물학적 형광
8.3 광자들을 복제하는 공장

맺는 글
참고문헌
미주